Рекомендация мсэ-r rs. 1166-4 Критерии качества и помех* для активных бортовых датчиков


Радары с синтезированной апертурой (РСА)



жүктеу/скачать 0.66 Mb.
бет5/5
Дата23.02.2016
өлшемі0.66 Mb.
#5261
1   2   3   4   5

5 Радары с синтезированной апертурой (РСА)


В данном разделе представлена информация о критериях качества и помех для бортовых активных датчиков радаров с формированием изображения в полосах частот 432–438 МГц, 1215–1300 МГц, 3100–3300 МГц, 5250–5570 МГц, 8550–8650 МГц и 9300–9900 МГц. Критерии качества и помех могут применяться при анализе совместимости активных бортовых датчиков радаров с формированием изображения с радионавигационными и радиолокационными системами в этих полосах.

5.1 Критерии качества для РСА


Радары с синтезированной апертурой (РСА) обычно используются в космосе для получения изображений радиолокационных карт нижележащих территорий, так как при движении космического корабля создается синтезированная апертура на протяжении типового времени апертуры, составляющего всего лишь около 0,2–1,5 сек. Любые сигналы, оказывающие помехи в течение этого времени апертуры, влияют на формирование сигналов изображения конкретного параметра. Многие РСА формируют изображения главным образом земли и границы "земля-вода" на побережьях. Конечное число отобранных участков выбирается экспериментаторами для получения сигналов изображения под несколькими углами обзора, так как 1–8 дневные повторяющиеся орбиты незначительно смещаются. Любая помеха, нарушающая данные, полученные с экспериментального участка на земле в течение любого угла обзора, неблагоприятно повлияет на эффективность работы. Другой способ использования РСА заключается в построении топографических карт, которые могут применяться для цифровых моделей угла места. Некоторые РСА используют интерферометрию повторных проходов для построения топографических карт. Помеха на любом из проходов неблагоприятно повлияет на эффективность работы. Один бортовой РСА пролетел по 10-дневной повторяющейся орбите на высоте 233 км и собрал данные интерферометрического РСА с фиксированной опорной линией в течение восходящих проходов, используя полосу 5250–5350 МГц и 9500–9800 МГц, в то же время, получая обычные данные РСА в полосе 1215–1300 МГц. Вторая принимающая антенна в полосе 5250–5350 МГц/9500–9800 МГц, расположенная на расстоянии 30 м от основной антенны, получала данные одновременно с основной антенной, таким образом, предоставляя интерферометрические данные без необходимости повторять проход. Режим сканирования РСА с использованием полосы 5250–5350 МГц позволил получить данные с полосы обзора шириной 230 км и обеспечил общее покрытие в пределах 60 градусов широты. Любая помеха любого из одновременно полученных сигналов неблагоприятно повлияет на качество работы датчика.

Требованием к формированию сигналов изображения РСА или топографическим задачам является получение 99% данных с выбранных участков на земле или границе "земля-океан". Ресурс для потерянных данных отделен от прочих источников потерь, таких как потери по причине систем космического корабля, аппаратуры РСА и т. д.

Требование готовности для данных РСА составляет 99% с учетом того, что потери являются краткими и случайно распределенными по всему интервалу времени сбора данных и области наблюдения. Влияние помехи, которая всегда присутствует в данном географическом местоположении, намного серьезнее, особенно в отобранных экспериментаторами участках, где в это же время могут проходить наземные эксперименты истинности или годности. Помехи в заданном географическом местоположении для топографических задач сканирования могут приводить к появлению пробелов на мировой карте покрытия.

5.2 Критерии помех для РСА


Критерии помех для бортовых радаров формирования сигналов изображения установлены, как это представлено в таблице 2. В данной таблице критерием помех для радаров с синтезированной апертурой является соотношение "помеха/шум" (I/N), равное –6 дБ, которое соответствует ухудшению характеристики нормированного отклонения мощности пикселя, РСА, на 10%.

Уровень помехи может быть превышен с учетом эффекта ослабления помехи дискриминации обработки РСА, а также характеристиках модуляции радиолокационных/радионавигационных систем, работающих в данной полосе частот. Эти уровни могут быть превышены не более чем для 1% изображений при систематических возникновений помехи, и не более чем для 5% при случайных возникновениях помехи.

Данные РСА для получения сигналов изображения радара обрабатываются как по дальности, так и по азимуту. Возврат точечной цели распределен линейно по частоте, как в измерениях по дальности, так и по азимуту. При обработке данные обоих измерений сопоставляются, и выигрыш в отношении сигнал/шум при обработке сигнала для эхо-сигнала обычно лежит в пределах от 20 до 40 дБ. Для сигналов шума и помехи характерны значительно более низкие выигрыши в отношении сигнал/шум при обработке сигнала. Для шума приемника выигрыш по дальности составляет почти 0 дБ. У сигналов помехи на том же выходном уровне, что и шум, выигрыши в отношении сигнал/шум при обработке сигнала различаются в зависимости от типа модуляции формы сигнала.

5.2.1 Выигрыш при обработке шума


Шум системы, связанный с портом антенны, состоит главным образом из шума антенны и шума внешнего приемника. Данный шум может быть смоделирован как белый, неизменный процесс гауссовского шума. Коррелятор процессора представляет собой главным образом согласованный фильтр для импульсов линейной частотной модуляции, или ЛЧМ-импульсов. Выигрыш при обработке по дальности для шума составляет 0 дБ. Выигрыш при обработке по азимуту равен N2, так как происходит когерентная интеграция N возвратов во время синтезированной апертуры, и N для шума. Существует время интеграции синтезированной апертуры, и необходима соответствующая частота повторения импульсов для обработки пикселей и достижения определенного разрешения по азимуту ρAZ следующим образом:





,

где:


GNAZ: выигрыш при обработке по азимуту;

TI: время интеграции РСА по азимуту;

PRF: частота повторения импульсов;

λ: длина волны;



RS: наклонная дальность;

v: скорость платформы космического аппарата;

Leff: эффективная длина антенны по азимуту; и

ρAZ: разрешающая способность по азимуту.

В качестве примера, для РСА3 в полосе 9,6 ГГц λ = 0,03125 м, RS = 535,8 км под углом падения 20°, v = 7,05 км/с и Leff =1,56 м, тогда TI = 1,52 с. Если ρAZ = 1 м, то PRF = 8460 Гц, и выигрыш при обработке по азимуту для шума GNAZ составляет 41,1 дБ.

5.2.2 Выигрыш при обработке по дальности сигналов помехи

5.2.2.1 Импульсная помеха незатухающих колебаний


С учетом того, что средняя частота РЧ импульсных сигналов незатухающих колебаний помехи находится в пределах обрабатываемой полосы частот, выигрыш при обработке помехи, связанной с шумом, лежит в пределах ширины импульса незатухающих колебаний относительно ширины импульса линейной частотной модуляции, с некоторой перекрывающейся областью, как показано на рисунке 2.

РИСУНОК 2



Временные и частотные характеристики ЛЧМ-импульсов и импульсов

С учетом того, что ширина импульса помехи меньше, чем ширина ЛЧМ-импульса, и полностью покрывается ЛЧМ-импульсом (т. е. α = β), выигрыш при обработке представляет собой функцию от нецелочисленной ширины импульса на рисунке 2.


5.2.2.2 Сигналы помехи незатухающих колебаний


Предполагается, что средняя частота РЧ сигнала помехи незатухающих колебаний лежит в обрабатывающей полосе частот. Для уровня сигнала помехи, равного уровню шума, выигрыш при обработке незатухающих колебаний равен 2,3 дБ. Для каждого пикселя изображения, он остается таким же, как и для импульса незатухающих колебаний, с той же шириной, что и у ЛЧМ-импульса, соотношение ширины равно единице.

5.2.2.3 Сигналы помехи линейной частотной модуляции


Предполагается, что спектр помехи будет снижаться в пределах обрабатывающей полосы частот, и импульс помехи будет перекрывать эхо-сигнал, как показано на рисунке 1.

Сигнал ЛЧМ-импульса f(t) можно представить в следующем виде:



, (1)

где:


rect(t): прямоугольная функция от ширины совместной области;

f0: несущая частота;

μ: наклон.

Выигрыш при обработке импульса помехи изменяется как соотношение наклонов |µ'/µ| приблизительно для той же ширины импульса (т. е. α = 1), как показано на рисунке 3. Наклон импульса помехи равен μ', а наклон ЛЧМ-импульса радара – μ.

рисунок 3




5.2.2.4 Прочие формы сигнала/модуляции помехи


Помехи, оказываемые наземными радарами, имеют различные формы сигнала/модуляции, такие как коды Баркера, нелинейная частотная модуляция и т. д. Каждую из них можно смоделировать, а также рассчитать выигрыш при обработке относительно шума. В этой Рекомендации не рассмотрены эти модуляции. Тем не менее, даже несмотря на то, что выигрыш при обработке по дальности здесь не рассматривается, выигрыш при обработке по азимуту все же относится к импульсным формам сигнала.

5.2.3 Выигрыш при обработке по азимуту для импульсных сигналов помехи


Обработка по азимуту РСА выполняется путем сложения эхо-сигналов, когда облучение главного лепестка антенны на земле проходит через целевую область. Для шума выигрыш при обработке по азимуту равен N для интеграции N импульсов в течение синтезированной апертуры. Для импульсов помехи синхронизация сигнала помехи в пределах каждого окна дальности различается от возврата к возврату, так как у наземных радаров и у РСА различные частоты повторения импульсов. Для импульсных сигналов помехи предыдущий анализ с использованием моделирования последовательных окон дальности и сложение возвратов в течение интервала синхронизации РСА показали, что мгновенная пиковая мощность для азимутально обработанной помехи лежит в пределах от 0 дБ до 9,5 дБ.

5.2.4 Расчет допустимой помехи


Допустимые уровни помехи, как отмечено выше, могут различаться, если учитывается эффект ослабления помех при дискриминации обработки РСА и модуляционных характеристик радиолокационных/радионавигационных систем, работающих в данной полосе частот. Допустимая мощность сигнала помехи PI выглядит следующим образом:

, (2)

где:


I/N: соотношение "помеха/шум" на выходе обрабатывающего устройства;

PN: мощность шума на порте антенны;

GNAZ: усиление шума при обработке по азимуту;

GIAZ: выигрыш при обработке по азимуту сигнала помехи;

GNRNG: выигрыш при обработке шума по дальности;

GIRNG: выигрыш при обработке сигнала помехи по дальности.

Выигрыши при обработке являются произведением выигрыша при обработке по азимуту и по дальности. Выигрыш при обработке по дальности для помехи, как правило, незначителен, менее 4 дБ; тем не менее, выигрыш при обработке по азимуту для помехи, как правило, ниже на 20–40 дБ, чем для шума. Например, в случае широкополосного РСА на полосе 9,6 ГГц, получающего помеху от бортового радара, как радар, так и РСА используют импульсы линейной частотной модуляции с достаточно различными углами наклона ЛЧМ-импульсов. Угол наклона ЛЧМ-импульса РСА составляет 45–450 МГц/мкс, а угол наклона ЛЧМ-импульса бортового радара составляет 0,5 МГц/мкс. Соотношение наклона ЛЧМ-импульса помехи и ЛЧМ-импульса РСА |μ'/μ| составляет всего лишь 0,001–0,01, и, согласно рисунку 3, соответствующее линейное усиление при обработке находится на уровне примерно 2,3 дБ. Для I/N = –6 дБ, PN = –83,7 дБм, GNAZ/GIAZ = 41,1 дБ, и GNRNG/GIRNG = –2,3 дБ, PI не должна превышать –50,9 дБм. В таблице 3 представлен расчет выигрыша при обработке для шума минимального эталонного эхо-сигнала отклика (SNR = 0 дБ), а также сигнала помехи для РСА3 на полосе 9,6 ГГц, получающего сигнал помехи от бортового радара.

таблица 5

Выигрыш при обработке по дальности и по азимуту для шума,
сигнала и помехи для РСА3 на полосе 9,6 ГГц


Тип сигнала

Входная
мощность
(дБм)

Выигрыш при обработке по дальности
(дБ)

Выигрыш при обработке по азимуту
(дБ)

Выходная
мощность
(дБм)

Шум

–83,7

0,0

41,1

–42,6

Минимальный полезный сигнал

–151,3

26,5

82,2

–42,6

Максимальный допустимый сигнал помехи

–44,9

2,3

от 0,0 до 9,5

от –42,6 до –34,8

5.2.5 Характеристики входного/выходного сигнала для РСА, работающего в полосах
432–438 МГц и 1215–1300 МГц


Максимальный допустимый выходной сигнал помехи равен уровню шума в системе, или шуму принимающей антенны на выходе. В таблице 6 представлены входные/выходные динамические особенности сигнала шума, минимальный эталонный сигнал и максимальный допустимый сигнал помехи с учетом выигрыша при обработке по дальности и по азимуту. Приведены уровни как для полосы 432–438 МГц, так и для 1215–1300 МГц.

таблица 6



Характеристики входного/выходного сигнала для РСА
в полосах 432–438 МГц* и 1215–1300 МГц

Тип сигнала

Входная
мощность
(дБм)

Выигрыш при обработке по дальности
(дБ)

Выигрыш при обработке по азимуту
(дБ)

Выходная мощность
(дБм)

Шум

–97,7
(–103,4)

0,0
(0,0)

30,6
(33,0)

–67,1
(–70,4)

Минимальный полезный сигнал

–156,5
(–164,2)

28,2
(27,8)

61,2
(66,0)

–67,1
(–70,4)

Максимальный допустимый сигнал помехи(1)

–69,4
(–72,7)

2,3
(2,3)

от 0 до 9,5
(от 0 до 9,5)

от –67,1 до –57,6
(от –70,4 до –60,9)

* Значения для полосы 432438 МГц указаны в скобках.

(1) Применяется для импульсных источников помех не частотной модуляции с длительностью импульса не более 2 мкс. Уровни для импульсов с другой длительностью лежат в диапазоне всего лишь ± 0,6 дБ.

5.2.6 Характеристики входного/выходного сигнала для РСА, работающего в полосах
3100–3300 МГц и 5250–5570 МГц


Максимальный допустимый выходной сигнал помехи равен уровню шума в системе, или шуму принимающей антенны на выходе. В таблице 7 представлены входные/выходные динамические особенности сигнала шума, минимальный эталонный сигнал и максимальный допустимый сигнал помехи с учетом выигрыша при обработке по дальности и по азимуту. Приведены уровни для постулированных радаров. Для полосы 5250–5350 МГц используются параметры для основной антенны. Тем не менее, в задачах топографической интерферометрии, для увеличения энергии сигнала и использования телескопической антенны длиной всего 8 м с малошумящими усилителями на каждой визирке угла возвышения может использоваться импульс шириной 66 мкс в целях снижения уровня шума.

Для номинального случая в ней показано, какой уровень сигнала помехи на входе равен той же мощности шума на соответствующем выходе. На этих уровнях входа не будет выходного насыщения внутреннего приемника ввиду того, что насыщения не происходит для других 18 дБ. Точка компрессии внешнего приемника в 1 дБ составляет –22 дБм на входе. Максимальная входная управляемая мощность приемника составляет +37 дБм. Таким образом, максимальный допустимый сигнал помехи все еще намного меньше, чем необходимо для компрессии или управления максимальной мощностью.



таблица 7

Характеристики входного/выходного сигнала для РСА
в полосах 3100–3300 МГц* и 5250–5570 МГц

Тип сигнала

Входная
мощность
(дБм)

Выигрыш при обработке по дальности
(дБ)

Выигрыш при обработке по азимуту
(дБ)

Выходная мощность
(дБм)

Шум

–96,7
(–99,3)

0,0
(0,0)

24,2
(27,7)

–72,5
(–71,6)

Минимальный полезный сигнал

–149,1
(–156,0)

28,2
(29,0)

48,4
(55,4)

–72,5
(–71,6)

Максимальный допустимый сигнал помехи(1)

–74,8
(–73,9)

2,3
(2,3)

от 0 до 9,5
(от 0 до 9,5)

от –72,5 до –63,0
(от –71,6 до –62,1)

* Значения для полосы 3100–3300 МГц указаны в скобках.

(1) Применяется для импульсных источников помех не частотной модуляции с длительностью импульса не более 2 мкс. Уровни для импульсов с другой длительностью лежат в диапазоне всего лишь ± 0,6 дБ.

5.2.7 Характеристики входного/выходного сигнала для РСА, работающего в полосах 85508650 МГц и 9300–9900 МГц1


Максимальный допустимый выходной сигнал помехи равен уровню шума в системе или шуму принимающей антенны на выходе. В таблице 8 представлены входные/выходные характеристики сигнала шума, минимальный полезный сигнал и максимальный допустимый сигнал помехи с учетом выигрыша при обработке по дальности и по азимуту. В ней показано, что низкий сигнал помехи в пределах от –74,5 до –75,0 дБм на входе равен той же мощности шума на соответствующем выходе. На этом уровне входа не будет насыщения внутреннего приемника ввиду того, что насыщения не произойдет до тех пор, пока входной сигнал не достигнет –56 дБм при значении усиления приемника, равном 60 дБ. Точка компрессии внешнего приемника в 1 дБ составляет –22 дБм на входе. Максимальная входная управляемая мощность приемника составляет +37 дБм. Таким образом, максимальный допустимый сигнал помехи в пределах от –74,5 до –75,0 дБм все еще намного меньше, чем необходимо для насыщения или максимальной управляемой мощности.

таблица 8



Характеристики входного/выходного сигнала для РСА
в полосах 8550–8650 МГц* и 9300–9900 МГц

Тип сигнала

Входная
мощность
(дБм)

Выигрыш при обработке по дальности
(дБ)

Выигрыш при обработке по азимуту
(дБ)

Выходная мощность
(дБм)

Шум

–94,0
(–94,5)

0,0
(0,0)

21,8
(21,8)

–72,2
(–72,7)

Минимальный полезный сигнал

–145,3
(–145,8)

29,5
(29,5)

43,6
(43,6)

–72,2
(–72,7)

Максимальный допустимый сигнал помехи(1)

–74,5
(–75,0)

2,3
(2,3)

от 0 до 9,5
(от 0 до 9,5)

от –72,2 до –62,7
(от –72,7 до –63,2)

* Значения для полосы 8550–8650 МГц указаны в скобках.

(1) Применяется для импульсных источников помех не частотной модуляции с длительностью импульса не более 2 мкс. Уровни для импульсов с другой длительностью лежат в диапазоне всего лишь ± 0,6 дБ.

5.2.8 Критерии помех


Критерии неприемлемого ухудшения эффективности работы радаров с синтезированной апертурой, формирующих сигналы изображения, или топографических интерференционных РСА представляют собой пиковые мощности:

432–438 МГц

–109 дБВт/6 МГц

1215–1300 МГц

–106 дБВт/20 МГц

3100–3300 МГц

–110 дБВт/20 МГц

5250–5570 МГц

–111 дБВт/20 МГц

8550–8650 МГц

–111 дБВт/20 МГц

9300–9900 МГц

–110 дБВт/20 МГц*

* См. соответствующие решения ВКР-07.

Данные критерии распространяются на импульсные источники помех не частотной модуляции с длительностью импульса не более 2 мкс. Для импульсов с другой длительностью критерии отличаются лишь на ±0,6 дБ.

5.2.9 Критерий готовности


В совместно используемых полосах частот готовность данных РСА должна превышать 99% всех географических пунктов, являющихся целевыми отобранными участками или глобального покрытия в топографической картографии.

6 Радары профилирования облачности


В данном разделе представлена информация о критериях качества и помех для бортовых радаров профилирования облачности в полосах частот 94,0–94,1 ГГц, 133,5–134,0 ГГц, и 237,9–238 ГГц.

6.1 Критерии качества для радара профилирования облачности в полосе 94 ГГц


Целью бортового профилирования облачности является измерение профилирования отражения для всех облаков в зоне видимости с минимальным коэффициентом отражения, равным –30 dBZ.

6.2 Критерии помех для радара профилирования облачности


Помеха должна ухудшить значение Zmin менее чем на 10% на 95% зоны обслуживания. Десятипроцентное ухудшение значения Zmin соответствует соотношению "помеха-шум" на уровне
–10 дБ. Данный критерий помехи соответствует уровню мощности помехи, равному –155 дБВт через 300 кГц.

6.3 Критерий готовности для радара профилирования облачности


Для случайных сигналов помехи, помеха должна ухудшить значение Zmin менее чем на 10% на 95% зоны обслуживания. Если сигнал помехи не является случайным, то он должен ухудшить значение Zmin менее чем на 10% на 99% предполагаемой зоны обслуживания.

_______________



*Критерии помех автоматически не предполагают критерии совместного использования.

1См. соответствующие решения ВКР-07.


жүктеу/скачать 0.66 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5



©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет